Fraiseuse mécano soudée 700x500x300

[pierre1983]

Bonjour à tous.

Etant passionné de CNC depuis plus ou moins 2 ans, j'ai lu énormément de sujets sur ce forum et j'ai décidé de contribuer moi aussi afin d'amener mon expérience et de résoudre les derniers petit problèmes. J'en suis à ma deuxième CNC, la première est une découpeuse Plasma qui fonctionne très bien (avec THC) et me permet de couper mes pièces pour faire ma faiseuse. La construction est en route...

Voici le cahier des charges que je me suis donné:

Fraiseuse pour acier, alu, bois transformable en imprimante 3D double tête
Volume 700x500x300mm
guidage linéaire HGR 25mm chinois
vis à bille 2005 chinoise
moteur Nema 34 closed loop 12NM ( pas de perte de pas)
Châssis mécanosoudé en tube carré de 60mm épaisseur 5mm
Des réglages sont prévus (ensembles boulonnés)
pilotage mach3 pour fraiseuse et rumba pour impression 3d
broche 24000 tr 3kw refroidie à eau
prévu pour l'installation d'un 4ème axe
Poids environ 400 kg
budget 4000€

Tout a commencé avec la réalisation des plans dans solidwork qui m'a pris pas mal de temps....
Voici des images de rendu:

 

[Yakov TOPRAK]

Bonjour,
pas mal, mais une petite question :

broche 24000 tr 3kw refroidie à eau

Qu'elle est le couple sur la plage totale de vitesse ?
tu as déjà défini exactement la broche ?

 

[pierre1983]

Oui j'ai déjà acheté la broche.
Concernant la broche: si elle a sa puissance maximale (3kw) à 24 000 tours /min, elle a donc un couple de 1,2 Nm car P=C*omega
Comme la broche est pilotée par un variateur et que c'est un moteur asynchrone, son couple va rester constant mais sa puissance va diminuer au fur et a mesure que la vitesse va diminuer
Avec le variateur de vitesse, la vitesse du moteur est toujours juste en dessous de la vitesse de synchronisme là ou le couple est maximum
Il faut encore que je fasse des mesures pour m'assurer que la puissance max est a 24000 tours
comme la broche est refroidie à eau, son refroidissement est indépendant de sa vitesse donc moins de risque de surchauffe à basse vitesse

 

[stanloc]

Bonjour,
Je pense que tu vas avoir du mal à usiner de l'acier avec une telle broche.
Moi personnellement j'aurais mis plus de traverses (fers en U) et régulièrement espacées sous le plateau mobile en Y. De plus ce serait ces traverses que je ferais porter sur le châssis qui tient lieu de support à la cnc et non pas utiliser des entretoises pour se reprendre sur le cadre.
Attention à l'utilisation de ce profilé en alu rainuré (rainures en T) pour y fixer des pièces en acier devant être usinées. Cela manque de "masse" ou alors ces pièces en acier seront serrées dans un étau ?
Stan

 

[pierre1983]

Bonjour,
J'ai longuement réfléchi sur la broche et me suis laissé la possibilité de monter une broche "traditionnelle" plus tard mais pour une question de budget j'ai du faire un choix et j'ai choisi cette broche en prenant suffisamment de puissance pour être un peu plus flexible. Elle dispose de 4 roulements et je ne pense pas monter des fraises plus grande que 8-10mm. Si je calcule le couple sur une petite fraiseuse conventionnelle genre optimaschine il y a un couple de 1,6 Nm donc ce n'est pas si déconnant mais ça reste évidement l'entrée de gamme

Concernant le châssis, comme la fraise appuiera toujours sur la médiane du châssis c'est là que j'ai fait le plus d'effort pour être rigide les U sont des UPN80 donc c'est déjà du lourd.
Après comme c'est une machine amateur, je n'ai pas besoin de productivité donc les passes et les vitesses d'avance ne doivent pas être énorme.

Pour ce qui est de la table Alu, là aussi, le budget joue un rôle, la même table en acier est beaucoup plus chère j'ai malgré tout mis 6 chariots en dessous pour éviter de trop grande portées et limiter le risque de voir fléchir la table et oui je mettrai certainement un étau.

 

[pierre1983]

Comme la machine est déjà commencée, voici quelques photos mais comme toujours une fois dans le feu de l'action on n'oublie parfois d'en prendre.
pour commencer, j'ai réalisé les ensembles mécano soudés. Comme Je n'ai pas de table de soudure, j'ai clamer les pièces sur un panneau de MDF de 40mm pour souder. Le point critique est de ne pas vouloir souder trop vite pour éviter de déformer le châssis et de respecter un ordre de soudure pour équilibrer les contrainte au fur et à mesure. Les soudure sont faites avec un poste semi automatique

Voici un des cadres


Le portique en cours de construction

 

[vres]

Bonjour Pierre
Beau projet et une réalisation qui promet
En impression 3D en principe on choisi une faible masse, des petits moteurs avec une faible résolution, environ 3 tr/s pour 100 mm/s, pour avoir un maximum de dynamisme avec des accélérations importantes.
Ta machine a quand même une masse importante, une résolution importante, 20 tr/ S pour 100 mm/s et des moteurs+VàB avec une inertie importante.

 

[pierre1983]

Bonjour,

Oui c'est là que les compromis commencent...
Pour éviter les mal entendus; j'appelle l'axe X celui de la table, l'axe Y celui du chariot et le Z l'axe vertical

La conception est déjà faite en sorte que les axes XY soient les plus légers possible c'est pour ça que l'axe Z porte l'axe Y et non le contraire. Donc aucun moteur ne doit être déplacé sauf sur l'axe Z qui est moins critique car un moteur pèse plus de 5kg
Il est clair que le machine est massive mais j'ai pris les plus gros nema 34 en boucle fermée pour avoir beaucoup de couple.
Le but est d'arriver a une vitesse de 6000mm/min (ou 100mm/s) avec une accélération de 1000mm/s² ce qui me semble déjà pas mal pour de l'impression 3D amateur

 

[pierre1983]

Découpe du support du moteur de l'axe X avec ma première CNC homemade. Découpe dans une tôle de 8mm d'épaisseur

 

[gaston48]

Bonjour,
Une plasma comme la tienne, ça va aider !
Tu as quoi comme générateur de plasma et torche ?

La rigidité de la table me semblent aussi ne pas être à la hauteur du reste,
mais on ne distingue pas tous les détails.
Peut être rajouter des traverses en tube acier, entre les patins pour renforcer sa souplesse
perpendiculairement aux rainures en T . Apres tu as la carbone aussi en tant que pièces de
renfort. Il faut penser au collages structuraux et vissage si ce sont des matières hétérogènes.
Colles epoxy ou acrylique à 2 composants.

 

[pierre1983]

Bonjour,

Le poste plasma est un Varan cut 60 et la torche une SG55A (de chine) avec arc pilot.
Ca sort un peu du sujet mais j'ai intégré un relais THC de proma afin de réguler la tension d'arc et donc la distance torche-tôle et ça fait toute la différence. Utiliser des consommables du diamètre inférieur pour le courant réglé améliore également la qualité de coupe. Pour du matériel chinois bon marché je suis satisfait du résultat. Voici une photo du générateur modifié

Concernant la rigidité de la table, pour des raison pratique j'ai une tôle acier de 6mm en dessous. En fait les fixation de la noix de la vis a bille (quand elle est centrée) tombaient dans les rainures donc j'ai du trouver une parade. Ce n'est pas l'eldorado mais en dessous de cette tôle je pourrais toujours souder des profilés pour rigidifier si nécessaire.

 

[gaston48]

Merci pour les infos, bonne continuation !

 

[pierre1983]

Voici encore quelques photos du portique qui est pratiquement terminé,

Les rails prismatiques sont vissés sur des plats de 10mm eux même soudés sur les tubes. Pour avoir la meilleure rectitude possible, comme je n'ai pas de marbre, j'ai posé un rail sur une surface de référence et placé le comparateur sur un chariot pour palper le plat. j'ai du rattraper jusque 0.4 mm à la meuleuse d'abord et à la ponceuse à bande ensuite pour essayer d'être le plus droit possible. ça m'a pris pas mal de temps et c'était assez pénible mais le résultat semble pas trop mal.

Pour faire l'équerrage Y Z, j'ai utilisé une équerre de précision que j'ai positionné afin que le comparateur ne bouge pas dans l'axe Z, une fois l'équerre bien parallèle à l'axe Z j'ai palpé le côté perpendiculaire le long de l'axe Y. Il reste une possibilité de réglage mais j'ai essayé de ne pas devoir régler plus que 0.05mm par la suite.

Une petite mise en peinture tant que j'étais motivé et un remontage de l'ensemble.

Quelque photos de détail du montage avec le moteur Y intégré dans le chassis pour ne pas avoir le moteur en porte a faux

Montage de la broche qui fait environ 10kg pour pouvoir faire des essais dynamiques en condition réelle

 

[franc-x-marc]

salut ...

bof bof cela avance pas vite et tous cela me semble un peut leger .....

non je plaisante

jolie boulot ! cela me parais bien partis ! bonne continuation pour la suite !


Ps: si un seul défaut , la peinture peint au pistolet elle aurais eu plus la classe , mais bon d'un coté on s'en fout temps que ca marche lol

 

[pierre1983]

Bonjour à tous,

Voici l'état d'avancement actuel avec une video des axes y et z. pour Y la vitesse est de 100mm/s et l'accélération de 1000mm/s².
La réalisation du châssis principal et le montage de l'axe x et de la table. Montage du portique sur le châssis principal
J'ai voulu mesurer le backlash mais j'ai des valeurs qui varient entre 0 et 0.04 mm A quoi peut on prétendre avec des VAB chinoise? Voici quelques vidéos pour montrer le comportement (a grande vitesse le backlash est de 0, peut être a cause des freinages importants)
La bonne nouvelle est que j'arrive à atteindre sur les axes x et y les vitesses et accélérations prévues :vitesse est de 100mm/s et l'accélération de 1000mm/s².
Je vais maintenant mettre en peinture le châssis et commencer la partie électrique. Ca va se complexifier car avec un switch je veux être capable de passer de la fraiseuse a l'imprimante 3D
Je dois commander des fraises, j'aimerais des fraises au carbure pour pouvoir utiliser la broche a plus haute vitesse. Avez vous des conseils sur le type de fraise a utiliser (pour l'acier)
Si quelqu'un connaît un bon site internet pour en acheter, je suis preneur également.

 

[vres]

Tu as fais tout ça dans le journée?

 

[pastis79]

C'est pas mal, le problème que je voit (comme d'autre l'on vu) c'est la table, je penses pas qu'elle soit faite pour être posé sans support dessous.

A mon avis faudra que tu rajoute une structure dessous pour ne pas avoir de flexion. mais ça fait perdre de la hauteur...

 

[pierre1983]

non comme je l'avais dit la machine était déjà commencée et les photos d'aujourd'hui sont les dernières. Ce sera donc un peu plus lent maintenant Par contre en ayant bien finalisé les plans, la réalisation va beaucoup plus vite car pas de mauvaise surprise.

Concernant la table, je vais effectivement voir ce que ça va donner mais comme déjà dit plus haut elle repose sur 6 chariots et entre la table et les chariots il y a une tôle de 6mm. Au pire je souderai des plats sur la tranche en dessous de cette tôle. A combien de Newton peut s'élever la force verticale en usinage amateur avec une fraise de 8mm maximum?
Je ferai un essais de pression avec la broche sur la table avec un comparateur pour évaluer la flexion mais bon j'ai peur de l'abimer....

 

[pierre1983]

Bonjour,

Suite aux remarques concernant la table alu, j'ai fait une simulation dans SolidWorks sur la tôle de 6mm en dessous de la table.
J'ai considéré les 6 appuis sur les chariots comme fixes et j'ai mis une force de 500N sur un cylindre de 5mm de diamètre au milieu de la tôle. J'obtiens une déformation de 0.04 mm sur cette tôle de 6mm
voici un print screen de la simulation. Est-ce que ça vous semble plausible? et concernant la force est-ce suffisant?
Merci

 

[pierre1983]

Si je passe la tôle à 10mm j'ai 0,01mm de déformation

 

[Yakov TOPRAK]

Bonjour,
en terme de simulation, quelques petites questions :
en dessous de tes appuis ce sont des roulettes c'est ça ?
à quoi correspond tes 50 DaN au centre de ta tôle.

 

[gaston48]

Bonjour,
Tes appuis sont rigides ? les déformations me donnent l'impression "d'appuis encastrées"
Je laisserais un degrés de liberté des patins comme si c’était des douilles à billes sur arbre cylindrique (appuis rectilignes).
Avec ta plaque de 6, tu rajoutes une belle masse à ta table (pense au carbone, module similaire à l'acier) .
Finalement, il faudrait une masse identique à celle du chariot de broche (sans broche pour l' imp 3d)
Prendre en compte aussi la sensibilité aux vibrations verticales de ta table.


Je reviens vers ta plasma, tu as pris des précautions particulières concernant l'informatique et
la HF de l'arc pilote ?

 

[pierre1983]

Pour le moment, le poids ne semble pas trop être un problème car j'arrive à atteindre les vitesses et accélérations prévues.

Je vais refaire la simulation avec un degré de liberté dans le sens de la table pour voir ce que ca donne. Je n'avais effectivement pas pensé aux vibrations

Concernant les 500N, c'est une estimation de la force de la fraise lorsqu'elle rentre dans la matière dans l'axe Z

Pour faire du contournage, commente faites vous? vous fixez une plaque martyre à la table et ensuite la pièce sur cette plaque martyre?

Cette plaque peut également amener de la rigidité ?

 

[Dardar88]

WOW , c'est dingue ce qu'on peut faire avec un Opinel !!

j'étais assez curieux d'avoir un retour info sur la motorisation en stepper closed loop ,ça semble être vraiment bien a tous points de vue.

Plus qu'a attendre avec impatience les premiers essais dans l'acier , très belle machine en perspective , merci pour ce partage très détaillé

 

[pierre1983]

Bonjour, concernant la plasma HF les précautions que j'ai prises sont

- câbles blindés pour les moteurs mais je ne sais pas si ça n'aurait pas fonctionné sans
- Le point essentiel pour moi le câble parallèle blindé ! et mettre le 0V à la terre sur toute les alimentations. Pour le plasma j'ai une simple carte parrallele par contre sur la fraiseuse j'ai pris une carte 4 axes USB. je ne sais pas si elle moins sensible...

Pour les moteurs closed loop voici mes premiers retours:

Les moteurs ne chauffent plus : point important pour l'impression 3D qui peut durer des heures. En fait le driver donne juste le courant nécessaire
Le driver se met en défaut dès que le moteur ne "suit" plus donc impossible que les positions se décalent sans s'en rendre compte. Il est possible de câbler le défaut pour que le programme s'arrête si un moteur n'a pas pu respecter la position demandée.

J'ai essayé de faire la simulation avec un degré de liberté mais sans succès pour le moment: en ne mettant que la force dans l'axe Z, la plaque se déplace en X (dans l'axe ou j'ai laissé le degré de liberté) alors que la force n'a aucune composante dans cet axe????

des idées?

 

[gaston48]

Merci pour les renseignements, donc finalement avec du soin et du bon sens, la HF est tout à fait gérable,
car certains affirment que c'est impossible.

"Le drive se met en défaut dès que le moteur ne suit plus" Tu as défini une tolérance, une
erreur de poursuite en fonction de la vitesse ? et peux tu sortir cette information dynamique
du drive et l'afficher (comme bendu73 https://www.usinages.com/threads/ma-deckel-fp4nc-retrofit-copeaux.87628/page-23)
C'est cette forme de différence qu'on pourrait observer entre 2 axes dont les masses mobiles sont différentes, je pense.

je ne connais pas du tout cette partie de Solidworks, mais j'imagine qu'on doit pouvoir choisir autre chose
que des points d'appuis "infiniment rigide" comme des points articulés ou sphériques ?
avec un seul point par patin pour voir (sphérique) ? puis 2 pour une articulation ?

Tu as pris cette carte là ? : https://chinaplccenter.com/cnc-controller/xhc-mk3-xhc-mk4-xhc-mk6-cnc-controller.html
PL50 se posait de questions concernant son immunité à un VFD
https://www.usinages.com/threads/controleur-cnc-mach3-usb.103144/

 

[pierre1983]

Oui la HF est gérable et j'ai fait beaucoup d'essais mais souvent les gens utilisent le câble parallèle fourni avec la carte et il ne vaut pas grand chose. il faut mettre un câble blindé. Ma cnc plasma pour le moment est vraiment fiable.

Concernant le driver, il reçoit le signal de l'encodeur qui est derrière le moteur et si il n'arrive pas à atteindre la position demandée il se met en alarme. Il n'y a pas de réglage possible sur des seuils de tolérance. le codeur fait 1000 points par tour. Je pense donc qu'il permet d'augmenter également la résolution du moteur utilisé avec les micro-pas jusqu'à 1000 micro-pas /tour. L'autre gros avantage est qu'il est possible de faire fonctionner le moteur plus vite car le driver régule en permanence le courant délivré au moteur voici en pièce jointe la doc du driver (en anglais)

Pour SolidWorks il faut que je cherche encore un peu.

Oui c'est bien cette carte là que j'ai et j'ai pris la télécommande sans fil qui va avec, c'est tous juste magnifique, C'est beaucoup plus ergonomique et ca professionnalise la machine. J'ai fait des essais de pilotage de la broche avec cette carte et je n'ai eu aucun soucis mais ce n'était que quelques essais.... Il faudra voir en charge mais je reste confiant, les fréquence sont beaucoup plus faible que sur le plasma....

 

[pierre1983]

Voici les détails de la carte de pilotage et de la commande. Ce n'est pas donné mais franchement c'est hyper fiable et le port USB est quand même plus pratique. Il y a aussi plus d'entrées que sur les cartes //

 

[gaston48]

Finalement PL50 a choisi une NVEM qui doit être très proche .

Tu as une liaison série sur ton drive, il faut rapatrier le petit logiciel et tu vas te régaler !
déjà ton codeur de 1000 est systématiquement divisé encore par 4 ce qui nous fait 4000 imp Par tour
si ta carte suit en fréquence tu peux augmenter encore la résolution et diminuer la discrétisation
de l'asservissement.

 

[pierre1983]

Je vais regarder ça, Effectivement il y a moyen de bien s'amuser...
Sinon petit update, j'ai commencé à installer les fin de course. Les ultimes sont des capteur inductifs tandis que les capteurs de synchro (home) seront des fin de course mécanique.
Découpe de pièces avec le plasma, pliage dans l'étau et installation. j'ai mis le FDC ultime haut, l'ultime bas pour la fraiseuse et l'ultime bas pour l'imprimante